近期,比亚迪重磅推出了其最新电驱系统,该系统拥有高达23000转的转速,堪称国际之首。这一创新引发了人们对新能源驱动电机核心技术原理与构造的浓厚兴趣。驱动电机系统,作为电动汽车不可或缺的三大核心系统之一,它不仅是车辆行驶的主要驱动力来源,更对车辆的整体性能指标产生深远影响,包括动力性、经济性以及用户的驾乘体验。
驱动电机作为新能源汽车的动力核心,不仅负责驱动车辆行驶,还具备回收能量的重要功能。为适应新能源汽车结构紧凑、高速运转及长距离续航等严苛要求,驱动电机设计需满足一系列关键指标,如高密度轻量化、高效率、出色的能量回收能力,以及卓越的可靠性和安全性。同时,成本的可控性也是驱动电机设计不可或缺的考量因素。
驱动电机的分类
新能源汽车所采用的驱动电机主要有四种类型:直流电机、异步电机、永磁同步电机以及开关磁阻电机。
常用驱动电机性能对比
在新能源汽车领域,常用的驱动电机包括直流电机、异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机。这些电机类型各有千秋,性能特点也各有差异。通过对比,我们可以更清晰地了解每种电机的优势与不足,从而为新能源汽车的选择提供参考。
驱动电机的构造与工作原理
(1)三相电流同步电机
同步电机在新能源汽车中扮演着重要角色,常用于混合动力汽车,为车辆提供电能并支持蓄电池充电。其工作原理是:通过在定子的绕组上施加三相电流,产生一个旋转磁场。转子的磁极会跟随这个旋转磁场的方向进行转动,从而将电能转化为机械能。
三相电流同步电机的结构
(2)三相电流异步电机
三相电流异步电机,也被称为感应式电机,具备电动机和发电机的双重功能。
三相异步电机的结构与工作原理
三相异步电机,亦被称作感应式电机,不仅具备电动机的功能,同时也可作为发电机使用。其核心结构包括定子和转子两部分。在工作过程中,定会会产生一个旋转磁场,这个磁场会感应出转子中的电流,进而产生转子磁场。正是这种磁场感应与电流的相互作用,使得转子能够跟随定旋转磁场的节奏进行旋转。
三相异步电机工作原理
接下来,我们再来看看永磁同步电机的工作原理。永磁同步电机巧妙地用永久磁铁替换了传统他励同步电机的转子励磁绕组,通过将磁铁嵌入转子内部,构建出同步旋转的磁极。这种电机在启动和运行过程中,依赖于定子绕组、转子鼠笼绕组以及永磁体所产生的磁场的相互影响。由于其结构简单、性能稳定,永磁同步电机已成为当前应用最为广泛的电机类型之一。
永磁同步电机的结构特点
永磁同步电机独具特色的结构,使其在电机领域中占据一席之地。其关键在于利用永磁体替代了传统电机的转子励磁绕组,从而简化了电机结构。通过精心设计的定子绕组与转子鼠笼绕组,再结合永磁体的强大磁场,电机得以实现同步旋转。这种电机不仅结构紧凑,而且性能稳定可靠,因此被广泛应用于各个领域。
电机驱动方式分类
新能源汽车通过电驱系统将高压蓄电池的电能高效转化为机械能,从而为汽车提供驱动力。目前,电动汽车主要采用两种驱动方式:集中驱动和车轮独立驱动。在集中驱动中,整车通常配备一个或两个动力源,如发动机和电机,它们被集中安置在汽车的合理位置。通过变速器和减速器的精密配合,实现降速增扭的效果,进而采用前轮驱动、后轮驱动或四轮驱动的布局。对于纯电动汽车而言,集中驱动系统常见的布置形式包括传统的驱动方式、电机与驱动桥的组合式驱动方式,以及电机与驱动桥的整体式驱动方式。
电机-驱动桥组合式驱动布置形式
在纯电动汽车的驱动系统中,电机与驱动桥的组合式驱动布置形式是一种常见的布局方式。这种布置形式将电机与驱动桥结合起来,形成一个紧凑的驱动单元,能够有效地提高驱动效率。同时,它还具有结构简单、维护方便等优点,广泛应用于各类纯电动汽车中。
车轮独立驱动布置形式
在纯电动汽车的驱动系统中,车轮独立驱动是一种创新的技术方案。它通过若干独立控制的电机,分别驱动汽车的车轮,这种电机通常被称为轮毂电机。这种布置形式省去了传统的机械传动系统,转而采用电子传导方式,将电能直接转化为每个车轮的驱动机械能。
目前,车轮独立驱动布置形式主要存在两种基本典型结构:双联式驱动方式和轮毂电机驱动方式。这两种方式各有特点,但共同推动了纯电动汽车驱动系统的发展与进步。
轮毂电机驱动系统
在纯电动汽车的驱动系统中,轮毂电机驱动以其独特的优势崭露头角。这种系统通过直接将电能转化为驱动机械能,简化了传统的机械传动系统,实现了高效的能量传递。轮毂电机的小型化与轻量化设计,不仅节省了空间,还为车辆的动力性能和操控性能带来了显著提升。
驱动电机关键技术
电驱系统的核心技术涵盖了电机设计、控制器技术、控制系统算法、传感器以及电子器件等多个领域。本文将着重探讨扁线电机与油冷技术这两大驱动电机发展的关键技术。
(1)扁线电机
扁线电机相较于传统的圆线电机,其裸铜槽满率得到了显著提升,高达20%-30%,同时铜耗降低了21%,效率则提高了1%。这一技术改进使得电机在有限的空间内能输出更为强大的功率和转矩,或者在功率保持不变的情况下,减小电机的尺寸和重量,从而实现了更高的功率密度。
扁线电机与油冷技术
扁线电机,以其独特的绕线方式,显著提升了裸铜槽满率,达到了20%-30%的提升,同时降低了21%的铜耗,效率提高了1%。这一技术改进使得电机在尺寸和重量得到优化的同时,能够输出更为强大的功率和转矩,从而实现了更高的功率密度。
再来看油冷技术,它作为一种高效的散热方式,在电机领域得到了广泛应用。油冷技术的冷却油可直接与电机发热部件接触,其散热效率远高于传统水冷散热系统。此外,油介质还具有绝缘性好、介电常数高、凝固点低和沸点高等诸多优势。比亚迪DMI的驱动电机就采用了直喷式转子油冷技术,这一技术的应用使得电机功率密度提升了高达32%。
扁线电机与油冷技术的结合
将扁线电机与油冷技术相融合,可以进一步优化电机的性能。油冷技术的高效散热特性能够确保扁线电机在高温环境下仍能保持稳定运行,从而延长其使用寿命。同时,二者相结合还能进一步提升电机的功率密度,使其在尺寸和重量上更为紧凑,同时保持出色的性能。
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